掘錨運同步作業系統的研制與應用

王佃武

（中國煤炭科工集團太原研究院有限公司，山西太原 030006）

0 引言

煤巷掘進約占煤礦巷道總工程量的70%，是煤礦生產的重要生產環節，直接影響綜采工作面接續。相比綜采技術的快速發展，我國煤巷掘進技術一直未取得突破，相關技術裝備落后，大部分礦區掘進工效僅為2.5 m3/工日，掘進速度僅為200 m/月，采掘工作面比例近幾年一直維持在1：3.1左右，采掘比例嚴重失調，各安全高效礦井均存在采掘接續緊張、掘進隊伍龐大、勞動強度大、安全管理難度大的問題，煤巷掘進成為制約其安全、高效、集約化生產的共性關鍵問題。

為此，中國煤炭科工集團太原研究院有限公司利用分段支護、連續運輸、掘錨運平行作業的新理念，研發了掘錨運同步作業系統，將掘進、錨護、運輸、安全防護、除塵通風和輔助運輸統籌考慮，合理規劃，減少工作面人員數量、降低勞動強度，提高煤巷掘進速度，向實現“無人則安”邁出了重要一步。

1 掘錨運同步作業系統的組成

掘錨運同步作業系統是針對大型礦井高效集約化生產的需求，用于大斷面煤巷快速掘進、支護、轉載運輸的技術及裝備（圖1）。系統主要包括JM340D掘錨一體機、MZHB5-1200/25型錨桿轉載機組、DZY100/165/135型煤礦用帶式轉載機（柔性膠帶轉載機）、DWZY1000/1500型帶式輸送機用自移機尾（邁步自移機尾）。

圖1 掘錨運同步作業系統

2 主要技術參數及技術特點

2.1 主要技術參數

適應巷道寬度5700 mm，適應巷道高度（3700～5000）mm，適應巷道坡度，生產能力1200 t/h，膠帶搭接行程50 m，系統總長92 m，總裝機功率1209 kW，電壓等級1140 V。

2.2 主要技術特點

掘錨運平行連續作業，提高作業效率。巷道斷面一次成形，截割效率高。多排多臂同時支護，提高支護效率。膠帶轉載機搭接距離長，保證原班進尺，降低可伸縮膠帶機延伸頻次。人員位于掘錨一體機臨時支護下方等已支護區域作業，作業安全性好。膠帶機尾自移，電纜、水管自動延伸。采用自動化錨索鉆機及電液控制錨桿鉆機，自動化程度高，降低勞動強度，減員增效。設備集成除塵系統，可采用長壓短抽的方式，創造健康的工作環境。

3 主要設備

3.1 JM340D掘錨一體機（圖2）

JM340D掘錨一體機集掘支運等功能于一體，具有全寬截割滾筒，截割臂上下運動，煤巷掘進一次成型；采用雙電機驅動單中鏈刮板機，進行落煤的轉運；機載4臺頂板錨桿鉆機和2臺側幫錨桿鉆機，可同時對頂板和側幫進行錨桿支護；滑移式截割機構，截割時設備本體不移動，油缸平推截割部切入煤層，因此可實現掘進與錨桿支護可同步作業；在同一臺設備上完成掘錨平行作業工藝和巷道一次成型，大大減少掘進與支護設備的換位作業時間以及設備反復碾壓對巷道的破壞，巷道成型好且成巷速度大幅提高。

圖2 JM340D掘錨一體機

圖3 MZHB5-1200/25型錨桿轉載機組

3.2 MZHB5-1200/25型錨桿轉載機組（圖3）

MZHB5-1200/25型錨桿錨索轉載機組采用緊湊型設計，設備機動靈活，集錨護、運輸、破碎功能于一體，配套掘錨一體機、柔性膠帶轉載機、邁步式自移機尾進行掘進作業，滿足特定條件下煤巷快。

速掘進使用需求。在整套系統中起承上啟下的作用，負責將掘錨一體機生產的物料進行破碎和轉載運輸到柔性膠帶機上，同時負責牽引柔性膠帶機前進。在支護過程中掘錨一體機組負責進行頂板錨桿的支護，錨桿轉載機組負責進行側幫錨桿支護和頂錨索支護。

3.3 DZY100/160/135柔性膠帶轉載機（圖4）

同步作業系統中，DZY100/160/135柔性膠帶轉載機尾部與位于巷道中線位置的錨桿轉載機組相連接，機頭位置與靠近一側煤幫的邁步式自移機尾上下重疊搭接。柔性膠帶轉載機一方面需要具備跟隨移動，一方面需要在短距離改變煤炭運輸路徑，要求膠帶轉載機在水平、垂直2個方向具有動態彎曲的功能，滿足轉彎行走及上下爬坡的工況。

圖4 DZY100/160/135柔性膠帶轉載機

柔性膠帶轉載機能夠實現靈活轉向，運輸距離根據搭接行程的要求最長可以達到150 m，采用配置液壓懸掛機構的膠輪行走，能夠自適應巷道起伏，前進時通過錨桿轉載機組牽引，后退時通過自帶的動力站牽引。

3.4 DWZY1000/1500型邁步自移機尾（圖5）

在煤巷的快速掘進，特別是長距離順槽的掘進過程中，順槽膠帶機的快速延伸成為影響巷道快速推進的重要因素。但目前的自移機尾多為馬蒂爾式，在自移結構、搭接長度、牽引力、對底板的適應性等均方面已不能滿足煤巷高效快速掘進的使用及配套要求。

系統采用新型DWZY1000/1500型邁步式自移機尾，其與柔性膠帶轉載機的有效配合接料行程滿足一次循環50 m；自移機構移動方便，推進迅速，能夠大量減少輔助作業時間。在自移機尾的剛性架上布置有柔性膠帶轉載機的膠輪行走軌道。并且設備列車、材料框等設備可以放置在剛性架上，隨系統一同推進。

圖5 DWZY1000/1500型邁步自移機尾

4 應用

4.1 巷道情況

掘錨運同步作業系統于2017年2月8日在陽煤二礦81202工作面進風順槽使用，巷道長度2450 m，巷道設計斷面形式為矩形，掘寬5.7 m，掘高4.5 m。巷道沿煤層底板掘進，留設（0.2～0.3）m頂煤，煤層厚度小于巷道設計高度時破底板施工。采用“錨—網—索”聯合支護模式，頂錨間排距為1 m1 m，每排4根頂錨桿+3根頂錨索，頂錨桿規格183200 mm，錨索規格15.247300 mm，側幫錨桿采用錨桿+金屬經菱形聯合支護，每幫每排各打5根錨桿，幫錨桿規格181800 mm。

4.2 施工工藝

掘錨一體機完成割煤、落煤、裝煤工序，其機載的6臺鉆機完成頂部4根錨桿和兩側上部各2根幫錨桿的支護；錨桿轉載機組滯后11 m完成3根錨索和兩側下部各3根幫錨桿的支護工序；錨桿轉載機組、柔性膠帶轉載機和邁步自移機尾完成破碎、轉載工序；轉載后的煤由順槽皮帶運出，懸掛于帶式轉載機、錨桿轉載機組和掘錨一體機上的進風風筒實現巷道的進風，濕式除塵器實現巷道的除塵。上述各設備相互協調、有機配合，完成整個掘進工作面的割煤、裝煤、破煤、運煤、支護、通風、除塵等工序，實現掘進工作面“全斷面快速掘進、掘支運平行作業”的安全高效掘進。

4.3 應用情況

掘錨運同步作業系統于2016年10月運輸到二礦，依次進行地面組裝、調試、實操訓練等。2017年2月8日開始井下運輸與安裝，3月9日完成井下組裝與調試工作，3月10日開始試運行生產。整個工業性試驗從3月10日至6月底，歷時近3個月，最高月進尺400 m，掘進效率大幅提升。后期由于地質條件變差，整套裝備升井，另外尋找合適工作面進行使用。

5 結束語

掘錨運同步作業系統的應用實施，有效地解決了煤礦巷道采掘失衡難題，實現了掘錨一體化、臨時支護、永久支護、后路輔助運輸等主要工序的高效配合，在大大提高掘進速度的同時，巷道條件更加完善，工人作業環境更加安全。